魏文俊，陸雅楠

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

0 引 言

艙室通風系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)非空調艙室的換氣通風和部分空調區(qū)域的機械送風（或排風），為艙室和設備提供換氣或散熱等服務；空調系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)空氣處理，為艙室提供具有一定溫度、濕度和清潔度的空氣。通風系統(tǒng)和空調系統(tǒng)的送風（或排風）裝置均通過風管和艙面的通風口與露天環(huán)境連接。參照GJB 4000—2000《艦船通用規(guī)范》［1］對露天通風口的一般要求，應為艙室通風系統(tǒng)的露天進風口和排風口采取防止海浪、雨水和雜物進入風管的措施。由此可知，位于露天環(huán)境中的通風口應具有一定的防海浪和雨水侵襲的作用，設計人員在對此類通風口進行選型時，尤其是在船首這類在船舶航行過程中易上浪的區(qū)域，往往采用鵝頸式通風筒（或菌型通風筒）。本文所述露天通風口采用通風圍井、箱式可閉防雨風口、水密蝶閥和泄水管相結合的形式：用通風圍井和箱式可閉防雨風口取代鵝頸式通風筒；將水密蝶閥與泄水管相結合，進一步防止艙室在雨水、上浪或大風浪環(huán)境下出現(xiàn)滲水的情況。

綜上所述，本文主要針對通風系統(tǒng)和空調系統(tǒng)中的露天通風口提出一種新的通風口形式，并對其在某工作船上的實際使用情況進行介紹，分析其與常規(guī)通風口形式的區(qū)別和優(yōu)缺點，為艏部露天甲板的通風口設計提供一種新的思路。

1 2 種通風口形式概述

1.1 常規(guī)通風口形式

一般船舶的通風系統(tǒng)和空調系統(tǒng)為防止送風（或排風）裝置與露天環(huán)境接通時有海浪、雨水和雜物進入其中，其通風口往往采用鵝頸式通風筒或菌型通風筒設計，見圖1。通風筒的布置將“盡量貼近舷側，不影響人員通行”作為準則之一。

圖1 一般船舶采用的通風口形式

該形式通風筒與風管的連接形式一般分為以下3 種：

1）通風筒與鋼制風管在甲板面兩側對接焊；

2）通風筒延伸至甲板面下方，與鋼制風管采用法蘭連接；

3）通風筒與甲板面對接焊，甲板下采用通風圍井形式，鋼制風管與通風圍井焊接。

受通風筒的安裝位置、鋼制風管的安裝空間和施工可行性等因素的影響，在不同的安裝情況和施工環(huán)境下采取不同的連接形式。在此，忽略安裝空間和施工可行性等因素的影響，假設上述3 種連接形式的安裝結果相同，鵝頸式通風筒與菌型通風筒的安裝形式和安裝結果也相同，不再對通風筒的形式與風管的連接形式做區(qū)分論述。如圖1b所示，該形式通風筒與風管的連接形式僅為在甲板面兩側對接焊。

1.2 本文所述通風口形式

本文所述露天甲板的通風口形式是將1.1 節(jié)所述常規(guī)通風筒形式改為通風圍井結合箱式可閉防雨風口的形式，見圖2。

圖2 本文所述通風口形式

該通風口形式更貼近舷側結構，基本上不影響人員通行。該形式通風口與風管的連接形式：通風口和鋼制風管分別與通風圍井連接，由通風圍井作為連接鋼制風管與露天甲板通風口的媒介。

1.3 本文所述通風口形式詳解

1.3.1 各要素分析

1）通風圍井作為鋼制風管與箱式可閉風口的中間連接件，其作用與風管相同。因此，通風圍井不參與結構強度，只需確保其裝焊之后的焊縫質量滿足氣密性要求即可。通風圍井的外形尺寸主要由舷側的船體結構型式、尺寸和鋼制風管的尺寸等因素確定。圖3 為通風圍井及其開孔。

圖3 通風圍井及其開孔

（1）如圖3b所示，借助甲板反頂?shù)臋M向結構確定通風圍井在縱向的間距，并將其作為通風圍井在縱向的面板的一部分。

（2）如圖3a 所示，H由鋼制風管的安裝高度決定，以滿足風管安裝要求為主。W1和W2由甲板面的開孔尺寸和位置決定，其中：甲板面的開孔尺寸由風管尺寸決定；開孔位置的選取以不破壞舷側球扁鋼結構為原則。

（3）在確定甲板反頂?shù)耐L圍井尺寸和甲板面的開孔尺寸之后，甲板上方的通風圍井只需覆蓋甲板開孔即可，其余面板與舷墻保持在同一平面上。

（4）在滿足《經1988 年議定書修訂的1966 年國際船舶載重線公約》（后文簡稱《國際載重線公約》）［2］和《國際海上人命安全公約》（International Convention for Safety of Life at Sea，簡稱SOLAS公約）對干舷甲板和上層建筑甲板的各種開口的高度的要求之后，即可確定甲板上方的通風圍井的開孔高度h。

2）鋼制風管與通風圍井的連接形式主要有3 種，即：與通風圍井對接焊；配復板延伸至通風圍井內部；在通風圍井內部加裝導流管。［3］這3 種連接形式分別是從施焊空間、誤差調整、導流和管道阻力損失等不同角度考慮得到的。本文僅對露天通風口的形式進行介紹，因此假設這3 種風管連接形式的管道阻力損失相同，不做區(qū)分論述。

3）箱式可閉防雨風口由本體、雨水分離裝置、密閉蓋、手柄（或手輪）、不銹鋼絲網（或防火網）和重磅板等組成，見圖4。箱式可閉防雨風口能防止風雨進入風口所處的通風管道內部；當海浪拍擊風口時，本體內的水能迅速流出，水密蓋關閉之后不得有水進入風口所處的通風管道內部，保證通風管道與外界水密隔斷；雨水分離效果大于90%，并滿足一定的通風效果要求。箱式可閉防雨風口的雨水分離效果受內部葉片的折彎形式、角度和轉向，以及本體的形式、與風雨和上浪的角度等因素的影響。同理，因本文的研究對象僅為露天通風口形式，故假設上述幾種情況下的雨水分離效果相同，均滿足大于90%。

圖4 箱式可閉風口示意圖

4）考慮到風雨天氣、艏部上浪等環(huán)境因素，以及箱式可閉風口并非水密的特點，通風圍井內部仍會少量進水。因此，在通風圍井底部設置泄水管，使其不會存在大量積水，不會產生積水無法排出和積水從鋼制風管進入工作艙室的風險。此外，考慮到在暴雨環(huán)境、大風浪海況下艏部上浪嚴重，船員需暫時關閉露天甲板的通風口的情況，在通風圍井外界的第一根鋼制風管上加裝水密蝶閥（見圖5），可將其作為第二道關閉措施，具有使船員在惡劣環(huán)境下避免外出引起風險，便于船員在工作艙室內及時關閉水密蝶閥，以及節(jié)省船員達到操作位置的時間等優(yōu)點。對于與水密蝶閥外接的第一根鋼制風管，采用局部抬高的設計思路，進一步降低因惡劣環(huán)境下進水量大、泄水管排水速度有限和船員關閉水密蝶閥不及時導致雨水通過鋼制風管進入艙室的風險。

圖5 泄水管和水密蝶閥示意圖

1.3.2 應用案例

以某工作船（以下稱為“目標船”）的某路風管為例，工作艙室內新風管的規(guī)格為280 mm ×120 mm。參考目標船舷側的結構型式（見圖6），甲板舷側的T型材間距為1 000 mm，鋼制風管的寬度僅為280 mm，通風圍井在縱向的面板間距可取1 000 mm。根據(jù)鋼制風管的安裝高度和施工可行性，通風圍井的高度可取500 mm。將圍井面板與T型材焊接，并對結構焊角進行補孔，確保通風圍井的氣密性滿足要求。

圖6 目標船的通風圍井

通風圍井在甲板面上的開孔尺寸按鋼制風管的規(guī)格選擇，如圖3b所示，風管寬度a =280 mm，風管高度b=120 mm。然而，考慮到甲板面上方的通風圍井面板盡可能地靠近舷墻布置，以減小通風圍井的縱向尺寸，需對a和b的尺寸做適當調整，按流量當量直徑確定其等效直徑，按水利粗糙管［4］推導得到

式（1）中：DL為流量當量直徑，mm；a為風管寬度，mm；b為風管高度，mm。

將a=280 mm和b=120 mm代入式（1），可得DL≈180.57 mm。另外，根據(jù)《實用供熱空調設計手冊》，在某些公共建筑的空調安裝工程中，受層高和吊頂高度的制約，無法采用矩形風管統(tǒng)一的標準尺寸，不得不盡量減小矩形斷面的高度，為滿足這種要求，取其最大的長邊與短邊之比為4［5］。因此，當盡可能減小風管高度b時，滿足a與b之比不超過4。根據(jù)式（1）反推得到甲板開孔尺寸換算結果見表1。

表1 甲板開孔尺寸換算結果

由表1 可知，甲板開孔的尺寸不小于350 mm×100 mm即可，考慮到甲板開孔應帶倒角的原則，取甲板開孔為腰圓孔，尺寸為?100 mm×350 mm。

如圖6b 所示，將甲板開孔邊緣與球扁鋼的間距，以及通風圍井的面板與甲板開孔邊緣的間距定為15 mm，此時通風圍井的縱向尺寸為最小尺寸?？稍跐M足風道流通面積和阻力要求的情況下，使甲板上方的通風圍井更貼近舷側，進而節(jié)省空間。同理，由廠商根據(jù)箱式可閉防雨風口的有效通風面積計算，將目標船的箱式可閉防雨風口的規(guī)格定為500 mm×350 mm。參考目標船的甲板落水系統(tǒng)，在通風圍井底部設置一根型號為DN32 的泄水管，用于防止通風圍井內部產生少量積水。在與通風圍井連接的鋼制風管上增設水密蝶閥，對與其連接的鋼制風管做局部抬高處理，作為惡劣海況下的進一步防水措施。最后，經該船船東認可，將此處的水密蝶閥制作成遙控蝶閥，便于船員更快捷地操作（見圖7）。

圖7 目標船通風口三維模型和現(xiàn)場實物

2 2 種設計形式對比

2.1 常規(guī)通風口形式的優(yōu)缺點

以往的船舶采用通風筒與鋼制風管連接的形式，其主要優(yōu)點如下：

1）通風筒與鋼制風管的裝焊形式簡單，只要考慮施焊空間即可；

2）通風筒規(guī)格的選擇空間較大，不受工作艙室內鋼制風管規(guī)格的影響。

該形式的缺點也比較明顯，例如：

1）考慮到施焊空間和施工可行性問題，通風筒的位置不能完全貼近舷墻結構，當通風筒規(guī)格較大時，會在一定程度上影響人員通行的空間，靠近舷側外板開孔的位置也影響人員使用纜繩的空間；

2）當外界氣候環(huán)境惡劣，因風雨天氣、艏部上浪等環(huán)境因素導致鋼制風管內少量進水時，若沒有采取有效的泄水措施，會引發(fā)積水銹蝕鋼制風管或積水進入工作艙室的風險。

2.2 本文所述通風口的優(yōu)缺點

目標船的露天通風口采用通風圍井、箱式可閉防雨風口、泄水管和水密蝶閥相結合的形式，該形式的主要優(yōu)點如下：

1）合理利用甲板面上方的舷墻結構，采用通風圍井的形式，能在一定程度上節(jié)省舷側的人員通行空間，在船舶營運過程中，該通風口形式不會影響人員使用纜繩的空間。

2）甲板反頂采用通風圍井的形式，裝焊更方便。同時，不用考慮鋼制風管的施焊空間和安裝問題等。

3）通風圍井底部可設置泄水管，對產生的積水進行排泄。

4）可在通風圍井外界的鋼制風管上設置水密蝶閥，便于船員在惡劣海況下從艙室內部關閉，降低外出關閉閥門產生的風險。

5）當露天甲板的箱式可閉防雨風口沒有及時關閉時，通過通風圍井底部的泄水管、艙室內部的水密蝶閥和局部抬高的鋼制風管，可降低工作艙室進水的風險。

該形式也存在一定的缺點，例如：

1）當考慮甲板上方通風圍井的尺寸時，圍井壁與舷墻的間距取決于甲板面的開孔尺寸和位置，而開孔尺寸由鋼制風管的尺寸決定，布置位置受甲板反頂結構件位置的限制。對于規(guī)格較大的鋼制風管而言，不宜采用該設計形式。

2）在裝焊通風圍井過程中，最后一塊面板只能采取單面焊的形式，通過鋼制風管在圍井面板上的開孔，只能對圍井內部的局部空間進行涂裝修補。

3）箱式防雨風口的雨水分離效果約為90%，排除極端惡劣的氣候環(huán)境，其防雨能力弱于常規(guī)通風筒。

2.3 2 種設計形式對比

通過對目標船采用的設計形式的優(yōu)缺點進行分析，并對比2 種設計形式（見表2）可知，相比常規(guī)的通風筒形式，目標船采用的通風口形式在結構緊湊性、安裝性、美觀性和泄水措施等方面具有一定優(yōu)勢。

表2 2 種設計形式的對比

3 結 語

通風系統(tǒng)和空調系統(tǒng)的送風（或排風）裝置均通過風管和艙面的通風口與露天環(huán)境連接，因此露天環(huán)境的進風口和排風口應有防止海浪、雨水和雜物進入風管內的有效防護措施。相比采用鵝頸式通風筒和菌型通風筒的設計形式，在舷側采用通風圍井、箱式可閉防雨風口、泄水管和水密蝶閥相結合的形式，只需通風圍井的尺寸、甲板開孔和箱式可閉防雨風口的有效通風面積滿足工作艙室對送風（或排風）的需求，箱式可閉防雨風口的開孔高度滿足《國際載重線公約》和SOLAS的安全準則即可。通過采用上述設計形式，可達到露天甲板的通風口結構形式緊湊、通風圍井可泄水、艙室內部可關閉、工作艙室進水的風險下降和美觀性提升等目的，從而為艏部露天甲板的通風口設計提供一種新的思路。同時，通過對甲板面開孔位置和舷側結構強度進行計算分析，為后續(xù)進一步優(yōu)化上述設計形式提供了一個方向。